Хотя у нас уже есть испытанные технологии, которые могут заменить ископаемое топливо во многих сферах экономики, в некоторых областях устранить углеродное загрязнение будет гораздо сложнее.
Например, на производство стали, судоходство, авиацию и грузовые перевозки приходится 40% глобального углеродного следа, и эти отрасли должны потреблять в два раза меньше углеродного бюджета, чтобы оставаться ниже уровня 1,5℃ потепления.
К счастью, «зеленый» водород, H₂, полученный путем электролиза с использованием возобновляемых источников энергии, обещает огромные перспективы для этих секторов. Разнообразие применения этой крошечной молекулы позволяет обеспечивать тепло, восстановительные свойства, топливо и другие энергетические характеристики, необходимые для замены ископаемого топлива. Получается, что без внедрения зеленого водорода технический аспект проблемы доведения этих «трудноуправляемых» секторов до состояния углеродной нейтральности не позволит достичь целевых показателей с нулевым уровнем выбросов к 2050 году.
Помимо декарбонизации, переход на H₂ может служить другим целям. Например, способность водорода заменять природный газ во многих областях позволяет достичь определенной степени энергетической самостоятельности и снизить зависимость от сжиженного природного газа или импорта по трубопроводам из России. Такие возобновляемые источники энергии, как солнечная и ветровая, ограничены протяженностью электрических сетей, а водород можно транспортировать по трубопроводам или морским путем. Это означает, что он может стать экспортируемым возобновляемым источником энергии, в конечном итоге заменив нефть как основной мировой энергоноситель.
В зависимости от рынка, переход на H₂ начинается в самых разных точках. В Европе и Юго-Восточной Азии политические и рыночные стимулы для развертывания инфраструктуры H₂ уже полностью согласованы. Но в крупных странах-экспортерах нефти и газа стимулы часто противоречат друг другу. Примечательно, что существует значительный перекос в Соединенных Штатах, где природный газ отвечает всем политическим приоритетам, которые водород мог бы обеспечить для других рынков.
Производство, хранение и транспортировка водорода в качестве решающего элемента в достижении к 2050 году нулевого уровня выбросов открывает многомиллионную возможность не только для традиционных энергетиков, но и для инвесторов. Хотя водород в настоящее время дороже (на единицу поставленной энергии), чем конкурирующие варианты, такие как ископаемое топливо, расширение производства электролизеров снижает затраты. В течение следующего десятилетия мы можем ожидать, что H₂ достигнет точки безубыточности с ископаемым топливом в различных сферах, после чего потребление водорода будет приносить экономию средств.
Зеленый водород особенно привлекателен для развивающихся стран. В силу многочисленных географических пересечений между странами и регионами с самыми низкими издержками производства возобновляемой энергии и странами с более низким ВВП на душу населения эти страны могут составить глобальное конкурентное преимущество, став производителями и экспортерами водорода. Это также поможет им привлечь тяжелую промышленность с нулевым выбросом углерода, такую как производство удобрений или производство стали прямым восстановлением на основе водорода. И, конечно же, развитие этих секторов приведет к значительному росту рабочих мест.
Весьма интересен H₂ и для промышленно развитых стран с высоким уровнем жизни, нынешних мировых лидеров по производству водородных электролизеров. Ориентиром может служить недавняя история фотоэлектрической промышленности (солнечных панелей). Однако странам с высоким уровнем жизни может потребоваться более сильная промышленная политика, дающая уверенность, что производство не переместится в Китай и другие регионы.
Предстоит проделать большую работу, прежде чем водород полностью реализует свой потенциал декарбонизации. В сложившейся ситуации зеленый водород составляет очень небольшую часть существующего производства водорода. Львиная же его доля является «серой», потому что производится с использованием ископаемого топлива в процессе паровой конверсии метана (ПКМ). Хотя есть потенциал улавливания и хранения некоторых связанных выбросов углекислого газа для получения более чистого, «голубого», водорода на основе ископаемого топлива, этот вариант не будет абсолютно чистым. Таким образом, на данный момент H₂ имеет сложный след CO₂.
Кроме того, чтобы водород оправдал ожидания, параллельно должна происходить декарбонизация электрических сетей. Но, как и в случае с электромобилями (ЭМ), мы не можем ждать, пока электрические сети станут на 100% чистыми, чтобы начать развертывание электролизеров; мы должны начать сейчас.
Это не так рискованно с финансовой точки зрения, как кажется. Несомненно, будет порог, когда зеленый водород станет самым дешевым источником водорода в целом. Примечательно, что недавно объявленной Министерством энергетики США цели по снижению стоимости «чистого водорода» до 1 доллара за килограмм практически невозможно достичь с водородом, произведенным посредством процесса ПКМ, по приемлемым ценам на природный газ.
Тем не менее, применение зеленого водорода для обезуглероживания тяжелой промышленности потребует поистине огромного количества электроэнергии. Производство необходимого объема водорода почти удвоит общее текущее мировое производство электроэнергии. Единственный способ удовлетворить этот спрос – еще быстрее наращивать возобновляемые источники энергии.
Это, в свою очередь, поднимет критические вопросы проектирования инфраструктуры, такие как приоритетность трубопроводов H₂ или линий электропередач. И рост этого сектора будет иметь множество регуляторных последствий. Чтобы обеспечить быстрое наращивание водородной инфраструктуры, важно будет включить монетизацию, создать структуру тарифов для поощрения отсрочки капитальных затрат и обеспечить общесистемное планирование для всех типов инфраструктуры.
Точно так же переход на H₂ ускорит устаревание многих активов, работающих на ископаемом топливе. Чтобы эти большие объемы неэффективных активов не вызывали негативных побочных эффектов, их необходимо будет перепрофилировать или помочь им досрочно «выйти на пенсию» посредством различных финансовых стимулов.
Одна из областей с высоким потенциалом для перепрофилирования инфраструктуры – это сети трубопроводов природного газа, которые в некоторых случаях могут быть модернизированы для транспортировки водорода. Некоторые тепловые электростанции также потенциально могут быть перепрофилированы, но их низкая сквозная эффективность преобразования энергии водорода в мощность ограничивает рентабельные варианты использования. В сталелитейной промышленности картина более мрачная, поскольку существующую мощность доменных печей, возможно, потребуется заменить методом прямого восстановления. Аналогичным образом необходимо будет заменить инфраструктуру заправки бензином и дизельным топливом. Хотя ее будущее и так уже находится под вопросом из-за растущего рынка аккумуляторных электромобилей.
Водород дает огромные возможности, но также представляет собой серьезную проблему масштабирования. В настоящее время по всему миру отрасль может производить только около одного гигаватта водородных электролизеров в год, тогда как, согласно анализу Международного энергетического агентства, для поддержания уровня 1,5℃ в промежутке с сегодняшнего дня до 2030 г. производство зеленого водорода должно вырасти в 1000 раз.
Есть действия, которые можно и нужно предпринять для решения этой проблемы. Во-первых, нам нужна политика по обеспечению стабильного спроса в требуемом масштабе, чтобы производители электролизеров могли быстро перейти к промышленному производству. Во-вторых, правительства должны предоставлять субсидии для покрытия первоначальной «зеленой надбавки» до тех пор, пока не вступят в силу эффекты кривой обучения. И, наконец, мы должны устранить противоречие между текущими местоположениями активов и местами с безупречной репутацией и наименьшими затратами для декарбонизованных производств.
Опираясь на прямые и косвенные политические приоритеты, рынки водорода уже набрали обороты и преодолели точку невозврата. По этой причине они быстро приближают более чистую промышленность и декарбонизованную экономику к расстоянию вытянутой руки.
Томас Кох Бланк, главный директор по перспективным технологиям в RMI (Институт Скалистых гор, штат Колорадо, США)
Читать по теме. “Ядерный” водород может стать перспективнее “цветного”
